专利名称：激光直接绘图方法和激光直接绘图装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在相对于被绘制体使激光束的光轴向主扫描方向偏转的同时，
使被绘制体向副扫描方向移动，并且根据栅格数据调制激光束(ON/OFF )，由 此绘制所需的图案的激光直接绘图方法和激光直接绘图装置(LDI: Laser Direct Imazing )。
背景技术：
激光直接绘图装置将设计电路图案时的设计数据(CAD数据)的格式变 换为矢量数据，根据轮廓线和像素单位的各个交点计算激光束的ON/OFF像素 并变换为绘图用的栅格数据，根据已计算的栅格数据照射激光束，由此在被绘 制体上绘制所需的图案。
在下面对釆用以多个激光二极管(在下面称为"LD")为光源的激光束而 绘图的现有的激光直接绘图装置进行说明。
图8是现有的激光直接绘图装置的透视图，图9是光源系统的外观结构图， 图10 U)是侧视图，图10 (b)是主视图，图10 (c)是缩小的激光束的放 大图。
如图9(b)所示，作为多个光源的多个LD1呈平行四边形阵列状而设置。 在图示的场合，在图的上下方向(行方向)，按照间隔Py配置有16行，沿图 的左右方向(列方向)，按照间隔Px配置有8列。另外，在上下方向的各LD1 相互错开Px/16而配置。
如图8所示，从各LD1射出的激光束4透过准直透镜2后，变为通过省 略了图示的透镜而缩小，通过棱镜3行方向的间距缩小为Py/16的激光束4。 激光束4通过隅角镜5a， 5b反射，然后，通过成像镜6而缩小，经过隅角镜 5c，射入多角镜7，通过多角镜7的旋转，进行偏转和扫描，射入fB透镜8。 多角镜7的扫描方向为主扫描方向(图的X方向)。另外，透过fB透镜8的激 光束4通过折返4免9而朝向下方，透过柱状透4免10,以^见定的DPI( Dot Per Inch。在4000DPI中为6.35|im)间距射入到被绘制体11上的DFR或光抗蚀剂等的 感光体上(参照图9 (c))，对感光体进行绘图处理(曝光)。另外，此时，搭 载有被绘制体11的台12通过直线电动机13和直线导向件14，沿副扫描方向 (图的Y方向)等速移动(专利文献l)。
在这里，fB透镜8的前焦点定位于多角镜7的反射面上，由多角镜7反射 的激光束4中的与XY面平行的成分平行光，与XY面相垂直的成分为以多角 镜7的反射点为起点的扩散光。于是，激光束4中的与XY面相平行的成分通 过fB透镜8汇聚，但是，其照原样而在柱状透镜10中实现透射。另一方面， 激光束4中的与XY面相垂直的成分通过fB透镜8变换为平行状态，通过柱 状透镜10而汇聚。
图10为表示开始传感器的配置的图，图10 (a)为从图8中的X方向观 察到的图，图10 (b)为从图8的Y方向观察到的图。
如该图所示，在图8中的柱状透镜10的左侧的下方配置有反射镜15和开 始传感器16。另外，为了将每行的扫描开始位置对齐，主扫描方向的1个扫 描的绘图处理在从开始传感器16检测到通过镜15反射的激光束4起，规定时 间之后开始(在图示的场合，检测位置和绘图开始位置之间的距离为10mm)。
图11为说明从呈4行x4列的平行四边形阵列状设置的LDl射出的激光束 通过多角镜7的一个面而偏转，将由点Kl ~ K4构成的纵线k绘制于被绘制体 上的顺序的图。在这里，各列的LD1的间距为2e，邻接的上下的列的LD按 照间隔e错开。即，第2歹'J的LDM LDb4 (即，在该图中，第1行的LD用 LDa表示，第2列的LD用LDb表示，第3列的LD用LDc表示，第4行的 LD用LDd表示，另外，从列方向的左侧朝向右侧标注1 ~4而区别。)配置于 第1列的LDal ~ LDa4的中间。
目前，激光束按照速度e/t而沿图的右方向移动，忽视被绘制体的移动速度。
如果在时刻丁 = 0, LDd4和纵线k之间的距离为e (该图a),由于在时刻 T = e, LDd4的光轴在点K4重合，因此接通在该图中标注斜线而表示的LDd4 (该图b)。另外，由于在时刻T-2e， LDc4的光轴在点K3重合，因此接通 LDc4 (图c)。另外，由于在时刻T = 3e， LDb4的光轴在点K2重合，LDd3的光轴在点K4重合，因此接通LDb4和LDd3 (该图d)。接着，同样，由于 在时刻T- 10e, LDaI的光轴在点Kl重合，因此接通LDal (图k)。即，分 别对点K1 K4，照射激光束4次。另外，由于射入^皮绘制体的激光束4的直 径为比如0.025mm,因此由4000DP1绘制的直线k成为宽度为0.025mm的直 线。
图12是表示使被绘制体与图11的扫描(Nol扫描) 一起向副扫描方向移 动的场合。另夕卜，No2 No4扫描中的各LDl的光轴为改变直径而表示的(依 次减小而表示的)圓的中心。如该图所示，通过Nol No4扫描，可绘制由点 Kl K16形成的直线k。另夕卜，在图9所示的光源系统的场合，分别对点K1 K16照射激光束8次。
在这里，图8的LD1的输出w为0.06瓦特，光学系统的效率Ti为50%, 多角镜的面数为IO面，转数R为5000rpm，另外，fB透镜的焦点距离f为350mm， 此时，在为4000DPI的场合，照射到lcm2区域的全部光量E通过式1计算。
E-Wxt= 10,31mJ/cm2 ......(式1 )
另外，W表示每lcm"的输入能量，t表示照射时间，分别通过式2、 3计算。
W = wxrix点数=wx^x ( lcm/0.00635mm ) 2x8 (列)
=595201.2 (w/cm2)......(式2)
t = tan" (6.35xl0力2/350) /30000。
=17,325xl0-9 (秒)......(式3)
即，可对DFR灵敏度1 OmJ/ cm2的DFR进行曝光。 专利文献l:日本特开2007-94122号文献
但是，对于目前市场上销售的DFR,大部分必要要求光量在20~ 100mJ/ cm2的范围内，必要的光量的10mJ/cm2的DFR的价格高。
发明内容
本发明的目的在于提供即使在以LD为光源的激光直接绘图装置中，仍可 对低价格的必要光量在20- 100mJ/ cn^的范围内的DFR进行绘图处理的激光 直接绘图方法和激光直接绘图装置。
为了解决上述课题，本发明的第1方案涉及一种激光直接绘图方法，在使沿列方向和41
方向偏转的同时，使被绘制体向与上述行方向相同的方向的副扫描方向移动， 对上述被绘制体照射基于栅格数据而调制的上述激光束，由此在上述被绘制体 上绘制所需的图案，其特征在于，将上述行方向的激光束的光轴的数量设为作
为正整数的q和s的乘积p，在沿行方向每次按照s行错开的同时，对上述被 绘制体照射上述激光束，由此进行绘图部位的光量为1重曝光的场合的q倍的 q重曝光。
另外，本发明的第2方案涉及一种激光直接绘图装置，在使沿列方向和行
时，使被绘制体向与上述行方向相同的方向的副扫描方向移动，采用柱状透镜
制体，由此在上述被绘制体上绘制所需的图案，其特征在于，设置设定机构， 其使上述行方向的激光束的光轴的数量为作为正整数的q和s的乘积p,并且 设定绘图部位的光量；旋转机构，其使上述柱状透镜在上述行列面内旋转，根 据上述设定机构所设定的光量确定上述柱状透镜的位置，在沿行方向每次按照 s行错开的同时，对上述被绘制体照射上述激光束，由此进行绘图部位的光量 为1重曝光的场合的q倍的q重曝光。 发明的效果
由于即使在以输出小的LD为光源的激光直接绘图装置中，仍可对必要光 量在20~ 100mJ/ciT^的被绘制体进行绘图处理，故可增加可绘制的被绘制体的 种类。另外，由于可釆用低价格的DFR,故可减小制品的总成本。
图1是说明本发明的要旨的图。
图2是扫描角度a的说明图。
图3是柱状透镜的俯视图。
图4是与柱状透^:的轴线成直角的方向的剖—见图。
图5是曝光开始位置的说明图。
图6是曝光开始位置的说明图。
图7是表示DFR的波长一吸收率特性例的图。图8是现有的激光直接绘图装置的透视图。
图9是光源系统的外观结构图。
图IO是表示开始传感器的配置的图。
图11是说明按照4行x4列设置的场合的绘图顺序用的图。
图12是扫描结果的说明图。
图中
4一激光束，IO—柱状透镜，11—被绘制体。
具体实施例方式
下面对本发明进行说明。
图1为说明本发明的要旨的图，图1 (a)表示第1例，图1 (b)表示第 2例。另外，与上述图ll的场合相同，各列的LD的间隔为2e，邻接的上下 的列的LD按照间隔e而错开。另外，与图12的场合相同，Nol No4扫描的 各LD的光轴为依次减小直径而表示的圓的中心。
现在相对于按照4行x4列的平行四边形阵列状设置的LD1将被绘制体的 移动速度设为1/2。在此场合，如图1 (a)所示，通过第l扫描和第2扫描， 对点K3， K4照射8次激光束。即，与上述图11的场合(1重曝光)相比较， 向点K3、 K4供给2倍的光量(2重曝光)。同样对于点K5以后的点，与点 K3、 K4相同，照射8次激光束。即，与上述图11的场合相比4交，供给2倍 的光量。
此外，如图1 (b)所示，如果使被绘制体的移动速度为1/4,则与点K4 以后的点相关，照射16次的激光。即，与上述图ll的场合相比较，供给4倍 的光量(4重曝光)。
接着，在LD1的配置如图9所示的那样为8列xl6行的场合，通过使副扫 描方向传送速度为1/8、 1/16，可进行8重曝光、16重曝光。
在实际的曝光中，如果供给被绘制体的光量(即，曝光的重合数量)事先 确定，对应于该结果，必须确定被绘制体的移动速度，即、台的传速速度。下 面对台的传送速度v的运算顺序进行说明。另外，在多角镜中，面数M为IO 个，旋转数R为5000rpm， fB透镜的焦点距离f为350mm，按照4000DPI进 行绘图。图2为扫描角度a的说明图，图3为柱状透镜10的俯视图。 多角镜的1个面的旋转时间tm为1.2xl(T3 (秒)。在多角镜的1个面旋转 的期间，如果进行16行扫描(1重曝光)，则此时的台的移动距离为0.1016mm (0.00635x16行)，因此在N重曝光时，成为v/N-84.67/N (mm/秒)。
此时，对于扫描角度a，将被绘制体的曝光宽度(主扫描方向扫描长度) 设为Lmm,将多角镜的曝光有效角度设为(p，将多角镜的1个面的旋转角度 i殳为Pm,则cp = tan-1 ( L/2/f) ( ° )， Pm = 360/M ( ° ),这才羊扫描角度a通过式 4计算。于是，如图3所示，相对于X轴使柱状透镜10旋转角度a来配置(在 图示的场合，配置于右上部。)。
a = tan-1[ (tmx(p/pmxv) /L](。) ......(式4 )
另外，柱状透镜IO如下述这样保持。即、柱状透镜10支承于透镜保持架 35上。设置于透镜保持架35上的圆形部38按照柱状透镜10的轴线通过凸起 34a的中心的方式与凸起34a的外周嵌合。凸起34a呈使环状的一部分形成缺 口的中空马蹄形，中心定位于绘图开始点。在凸起34a中设置缺口的目的在于 防止凸起34a对在柱状透镜10中实现透射的激光束4造成千涉的情况。另夕卜， 凸起34a的内侧半径为不妨碍激光束4射入开始传感器15中的情况的半径(在 这里，为15mm)。于是，透镜保持架35，即、柱状透镜10以凸起34a的中心 即绘图开始点为中心而可自由地定位于绘图开始点的周围。在透镜保持架35 中，形成孔37，按照在透镜保持架35可旋转的范围内，在柱状透镜10中实 现透射的激光束4不妨碍透镜保持架35的尺寸形成。另外，通过省略图示的 驱动器，可精度良好地设定扫描角度a。
图4为与柱状透镜的轴线相垂直的方向的剖视图，P表示柱状透镜10的 轴线。
如上述那样，射入柱状透镜10的激光束4的柱状透镜10的宽度方向的成 分是平行的。因此，在垂直地射入柱状透镜10的激光束4的中心轴通过中心 轴P的场合，激光束4聚集于与中心轴P离开F (其中，F表示柱状透镜IO 的焦点距离)的位置。在这里，如果在固定激光束4的中心轴的状态下，使柱 状透镜10如该图中的2点虛线所示的那样，向图的右方移动S (即，如果使 中心轴P移到图的右方)，则激光束4从图中的F按照S聚集于右向的FO。即，即使在激光束4的中心轴相同的情况下，若使柱状透镜10的中心轴P的位置 偏移，则聚光位置移动偏移的距离。即，如果使柱状透镜10的中心轴P相对 于工件的行驶方向倾斜角度a，则激光束4的聚光位置也相对于行走方向倾斜 角度ot。因此，扫描角度a可作为柱状透镜10的中心轴P相对扫描方向的角 度而设定。
在本实施方式的场合，由于激光束按照8列xl6行配置，不仅是1重，也 可为2重、4重、8重、16重。即、可使每单位面积的光量为10mJ、 20mJ、 40mJ、 80mJ、 160mJ。
一般，在将行方向的激光束的光轴的数量p设为作为正整数的q和s的积 (p = qs)的场合，通过在沿行方向每次按照s行错开的同时将激光束照射到 被绘制体，从而进行绘图部位的光量为1重曝光的场合的q倍的q重曝光。
图5为曝光开始位置的说明图，图5 (a)表示1重曝光的场合，图5(b) 表示2重合曝光的场合，图5 (c)表示4重曝光的场合。另外，图6为曝光 开始位置的说明图。
如图5所示，在2重曝光时，产生沿行方向成为l重的部位，在4重曝光 时，产生成为1重、2重的部位。并且，在LDl按照8列xl6行排列的场合的 16重曝光的场合，到16重曝光时的Y方向的距离为95.25拜(6.35拜xl5), 为不可忽视的长度。另外，成为所需的重合数量的开始位置因曝光的重合数量 N而在副扫描方向不同。于是，如图6所示，在确定副扫描方向的曝光开始位 置，进行扫描的场合，如果分配比该位置靠下部的LD为OFF,对应于绘图数 据，使比该位置靠下部的LD为ON/OFF的绘图数据，则即使在重合曝光中， 仍可使副扫描方向的曝光结果均匀。
因此，例如设置设定重合数量N的设定机构，用于改变柱状透镜的倾斜 角a的柱状透镜旋转定位机构，以及，将绘图数据改写为N重曝光的运算机 构，在设定重合数量N的场合，如果按照根据已设定的重合数量N自动地进 行台的运送速度v、柱状透镜的倾斜角a的设定，以及绘图数据的N重合曝光 用的改写的方式构成控制器，则曝光作业更加容易。
图7为表示DFR的波长-吸收率特性例的图。在例如作为光源采用水银灯 的场合，在水银灯的光中，包括波长为365nm的i线，波长为405nm的h线，i线和h线中的任意者均与曝光相关。因此，在必要光量以水银灯为基准而给
出的场合，不用说，能够在1波长的LD中象照射能量的数值那样进行啄光。 但是，即使在效率为60°/。的情况下，如果进行16重曝光，则可对96mJ— 100mJ 的DFR进行曝光。
权利要求
1.一种激光直接绘图方法，在使沿列方向和行方向排列的激光束的光轴向与上述列方向相同的方向的主扫描方向偏转的同时，使被绘制体向与上述行方向相同的方向的副扫描方向移动，使基于栅格数据而调制的上述激光束照射到上述被绘制体，由此在上述被绘制体上绘制所需的图案，其特征在于，将上述行方向的激光束的光轴的数量设为作为正整数的q和s的乘积p，在沿行方向每次按照s行错开的同时，将上述激光束照射到上述被绘制体上，由此进行绘图部位的光量为1重曝光的场合的q倍的q重曝光。
2. —种激光直接绘图装置，在使沿列方向和行方向排列的激光束的光轴 向与上述列方向相同的方向的主扫描方向偏转的同时，使被绘制体向与上述行 方向相同的方向的副扫描方向移动，采用柱状透镜向上述扫描方向使基于栅格 数据而调制的上述激光束汇聚并照射到上述被绘制体上，由此在上述被绘制体 上绘制所需的图案，其特征在于，设置设定机构，其将上述行方向的激光束的光轴的数量设为作为正整数的 q和s的乘积p，并且设定绘图部位的光量；旋转机构，其使上述柱状透镜在 上述4亍列面内》走转，根据上述设定机构所设定的光量确定上述柱状透镜的位置， 在沿行方向每次按照s行错开的同时，将上述激光束照射到上述被绘制体 上，由此进行绘图部位的光量为1重曝光的场合的q倍的q重曝光。
3. 根据权利要求2所述的激光直接绘图装置，其特征在于， 使上述柱状透镜的回转中心与上述激光束的扫描开始点一致。
全文摘要
本发明的激光直接绘图装置，在使沿列方向和行方向排列的激光束(4)的光轴向与列方向相同的方向的主扫描方向偏转的同时，使被绘制体向与行方向相同的方向的副扫描方向移动，采用柱状透镜(10)向副扫描方向使基于栅格数据而调制的激光束聚集并照射到被绘制体(11)上，由此在被绘制体上绘制所需的图案，设置设定机构，其将上述行方向的激光束的光轴的数量设为作为正整数的q和s的乘积p，并且设定绘图部位的光量；旋转机构，其使柱状透镜在上述行列面内旋转，根据上述设定机构所设定的光量确定柱状透镜的位置，在沿行方向每次按照s行错开的同时，将激光束照射到被绘制体上，由此进行绘图部位的光量为1重曝光的场合的q倍的q重曝光。
文档编号G02B26/10GK101551601SQ200910138759
公开日2009年10月7日 申请日期2009年2月13日 优先权日2008年3月31日
发明者内藤芳达, 加藤友嗣, 押田良忠, 铃木光弘 申请人:日立比亚机械股份有限公司